CZ282537B6 - Process for producing electrically conducting connection - Google Patents

Process for producing electrically conducting connection Download PDF

Info

Publication number
CZ282537B6
CZ282537B6 CZ94441A CZ44194A CZ282537B6 CZ 282537 B6 CZ282537 B6 CZ 282537B6 CZ 94441 A CZ94441 A CZ 94441A CZ 44194 A CZ44194 A CZ 44194A CZ 282537 B6 CZ282537 B6 CZ 282537B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
carbon
metal
resin
aluminum
coating
Prior art date
Application number
CZ94441A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ44194A3 (en
Inventor
Albert Edward Sutherland White
Original Assignee
Morganite Electrical Carbon Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Morganite Electrical Carbon Limited filed Critical Morganite Electrical Carbon Limited
Publication of CZ44194A3 publication Critical patent/CZ44194A3/en
Publication of CZ282537B6 publication Critical patent/CZ282537B6/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/18Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
    • B60L5/22Supporting means for the contact bow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/18Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
    • B60L5/20Details of contact bow
    • B60L5/205Details of contact bow with carbon contact members
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02Details for dynamo electric machines
    • H01R39/36Connections of cable or wire to brush
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/04Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation using electrically conductive adhesives
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

A method of forming an electrically conductive joint between a carbon body and a metal body comprises the steps of: i) providing a porous metal coating on a face of the carbon body; and ii) bonding said face to the metal body with an adhesive which penetrates the porosity of the metal coating and penetrates the porosity of the carbon body. By this method the porous metal coating provides an electrically conductive path, and the adhesive provides a bond, between the carbon body and the metal body. The metal body may also be provided with a porous metal coating.

Description

Způsob výroby elektricky vodivého spojeMethod for producing an electrically conductive connection

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu výroby s elektricky vodivého spoje mezi uhlíkovým tělesem majícím uhlíkový stykový povrch a kovovým tělesem majícím kovový stykový povrch. Vynález je obzvláště, ale ne výhradně, použitelný pro připojování uhlíkových bloků k hliníkovým nosičům v proudových sběračích. Proudové sběrače jsou, mimo jiné, používány pro elektrické tramvaje, železniční lokomotivy a motorové železniční vozy.The invention relates to a method for manufacturing an electrically conductive connection between a carbon body having a carbon contact surface and a metal body having a metal contact surface. The invention is particularly, but not exclusively, applicable for attaching carbon blocks to aluminum carriers in the current collectors. Current collectors are used, inter alia, for electric trams, railway locomotives and railcars.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Proudové sběrače sestávají z kovového nosiče (obvykle hliník), ke kterému je připojen uhlíkový blok. Proudový sběrač je připevněn na vertikálně se pohybujícím rámu tak, že uhlíkový blok může být držen v kontaktu s nad ním zavěšeným vedením. Proud ze zavěšeného vedení prochází uhlíkovým blokem, nosičem a odtud kabely do motoru vozidla.The current collectors consist of a metal support (usually aluminum) to which a carbon block is attached. The current collector is mounted on the vertically moving frame so that the carbon block can be held in contact with an overhead guide. The overhead line current passes through the carbon block, the carrier and from there the cables to the vehicle engine.

Je mnoho způsobů připojování uhlíku kjeho kovovému nosiči. Pájení není příliš praktické, protože obvyklá pájedla nesmáčí uhlík nebo hliník a jsou nutná speciální pájedla a/nebo předzpracování uhlíku nebo hliníku, což je velmi obtížné.There are many ways of attaching carbon to its metallic support. Soldering is not very practical because conventional solders do not wet carbon or aluminum and special solders and / or carbon or aluminum pretreatments are required, which is very difficult.

Syntetické pryskyřice (například modifikované fenolové a epoxidové pryskyřice atp.), mohou vytvořit dobré spoje, ale jsou nevodivé.Synthetic resins (for example modified phenolic and epoxy resins, etc.) may form good bonds, but are non-conductive.

V současnosti je vodivosti v takových systémech dosahováno pomocí plnění pryskyřice vodivými kovovými částicemi. To vytvoří spoj s velkým odporem a je obvyklé uhlík před spojováním potáhnout mědí jak je popsáno v rakouském patentovém spisu č. 322629.At present, the conductivity in such systems is achieved by filling the resin with conductive metal particles. This creates a high resistance bond and it is common to coat the copper before bonding with copper as described in Austrian Patent Specification No. 322629.

Dále pomocí vytvoření kovových pásků, opletení, mřížky atp. ve spoji mezi nosičem a uhlíkovým blokem před spojováním. Tak jsou vytvořeny tlusté spoje, které jsou slabé (za optimální tloušťku spoje je obvykle považována tloušťka 0,02-0,1 mm, spoje tlustší nebo tenčí mají obvykle menší pevnost ve střihu J. Shields, 'Adhesives Handbook' třetí vydání 1984 Butterworth). Uhlík je obvykle potahován ze stejného důvodu jako v a) výše. Opletení nebo mřížka může být vložena do drážky v uhlíku, což ovšem omezuje plochu elektrického kontaktu.Furthermore, by creating metal strips, braids, grids, etc. at the joint between the carrier and the carbon block prior to bonding. This creates thick joints that are weak (usually 0.02-0.1 mm thick is considered optimal joint thickness, joints thicker or thinner usually have less shear strength J. Shields, 'Adhesives Handbook' Third Edition 1984 Butterworth) . The carbon is usually coated for the same reason as in a) above. The braid or grid can be inserted into the groove in carbon, but this limits the electrical contact area.

Potahování mědí, jak je zmíněno v a) a b) výše, není zcela úspěšné, protože měděný/uhlíkový spoj je slabý a je tedy nezbytné vytvořit potah velmi tlustý (až 0,5 mm) a, za účelem dobré pevnosti, roztáhnout ho přes strany uhlíku a uložit do drážek. Takový tlustý potah je velmi drahý. Britský patentový spis GB 2202999 popisuje elektrický kontakt se stykovými povrchy vytvořenými pomocí elektricky vodivého materiálu plněného lepidlem tak, že při spojení takového elektrického kontaktu sjiným podobným elektrickým kontaktem nevzniká žádná počáteční přilnavost, ale po určitém čase se vytvoří stálý přilnavý spoj. Tento spis se nezabývá problematikou připojování uhlíku ke kovu.Copper coating, as mentioned in a) and b) above, is not entirely successful because the copper / carbon bond is weak and it is therefore necessary to make the coating very thick (up to 0.5 mm) and, for good strength, to stretch over the carbon sides and fit into the grooves. Such a thick coating is very expensive. GB 2202999 discloses electrical contact with contact surfaces formed by an electrically conductive adhesive-filled material such that contacting such electrical contact with another similar electrical contact produces no initial adhesion, but creates a permanent adhesive bond over time. This document does not deal with the problem of attaching carbon to metal.

Cílem vynálezu je navrhnout způsob výroby elektricky vodivého spoje mezi uhlíkem a kovem. Vynález si dále klade za cíl vytvořit výrobky obsahující spoj vytvořený touto metodou.It is an object of the present invention to provide a method for producing an electrically conductive connection between carbon and metal. It is an object of the present invention to provide articles comprising a joint formed by this method.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Podstatou vynálezu je způsob výroby elektricky vodivého spoje mezi uhlíkovým tělesem majícím uhlíkový stykový povrch a kovovým tělesem majícím kovový stykový povrch, který sestáváThe present invention provides a method for producing an electrically conductive connection between a carbon body having a carbon contact surface and a metal body having a metal contact surface, which consists of:

- 1 CZ 282537 B6 z kroků ve kterých se vytvoří porézní kovový povlak alespoň na uhlíkovém stykovém povrchu, a spojí se stykové povrchy lepidlem, pronikajícím póry kovového povlaku a pronikajícím póry uhlíkového stykového povrchu.From the steps of forming a porous metal coating on at least the carbon interface surface, and bonding the interface surfaces with an adhesive penetrating the pores of the metal coating and penetrating the pores of the carbon interface surface.

Při výrobě spojů použitím tohoto způsobu je dosaženo dobré elektrické vodivosti, prostřednictvím těsného kontaktu mezi porézním povlakem a uhlíkem, a drsnost a poréznost porézního povlaku zajišťuje dobrý elektrický kontakt s kovovým tělesem. Pokud je potažen kov i uhlík, úzký přímý kontakt mezi porézními povlaky zlepšuje elektrickou vodivost, pomocí jejich drsnosti a poréznosti a vzájemnému spojení ve velkém množství bodů.In the manufacture of joints using this method, good electrical conductivity is achieved through intimate contact between the porous coating and carbon, and the roughness and porosity of the porous coating ensures good electrical contact with the metal body. When both metal and carbon are coated, close direct contact between the porous coatings improves electrical conductivity, by their roughness and porosity, and interconnected at a plurality of points.

Porézní kovový povlak může být nanášen například rozprašováním plamenem nebo obloukovým rozprašováním mědi nebo zinku, nebo jiným vhodným způsobem.The porous metal coating may be applied, for example, by flame spraying or by arc spraying of copper or zinc, or by another suitable method.

Spoj je tenký, protože zde nejsou žádné kovové částice nebo opletení nebo mřížka, která by držela povrchy od sebe a poréznost kovového povlaku umožňuje pryskyřici pronikat ke spodnímu uhlíku nebo kovu, mírně vnikat do povrchu uhlíku, který je porézní, a tak poskytovat dobrý spoj bez ohledu na spoj mezi uhlíkem nebo kovem a kovovým povlakem.The joint is thin because there are no metal particles or braid or lattice to hold the surfaces apart and the porosity of the metal coating allows the resin to penetrate the lower carbon or metal, slightly penetrating the carbon surface that is porous and thus providing a good joint without regardless of the bond between the carbon or metal and the metal coating.

Spojovací pryskyřice musí být v určité fázi dostatečně tekutá, aby napustila porézní kovové povlaky, pro dosažení spoje, a proto by mohla být původní pryskyřice řídká nebo by mohla řídnout během tepelného zpracování při vytvrzování, nebo by mohla být na místě tvořena ze složek.The bonding resin must be sufficiently fluid at some stage to impregnate the porous metal coatings to achieve bonding, and therefore the original resin could be thin or thin during the curing heat treatment, or be composed of components on site.

Lepidlem může být, například, jakákoliv vhodná pryskyřice například fenolová nebo epoxidová. Pryskyřice může vytvrzovat za studená nebo za tepla a může být v pásové formě, pokud je to upřednostňováno.The adhesive may be, for example, any suitable resin such as phenolic or epoxy. The resin may be cold or hot cure and may be in sheet form, if preferred.

Pro vytvoření proudového sběrače jsou povlečené uhlíkové těleso a hliníkový nosič s nanesenou pryskyřicí sevřeny dohromady a uvolněny až po vytvrzení pryskyřice.To form the current collector, the coated carbon body and the resin-coated aluminum support are clamped together and released only after the resin has cured.

Podrobný popis vynálezu s odkazy na přiložené obrázky bude uveden níže.A detailed description of the invention with reference to the accompanying drawings will be given below.

Přehled obrázků na výkresech:List of drawings:

Obr. 1 je průřez tělesem uhlíkového/hliníkového sběrače použitého pro testování;Giant. 1 is a cross-sectional view of the carbon / aluminum header body used for testing;

Obr. 2 je schematické zobrazení přístrojů použitých pro měření odporu;Giant. 2 is a schematic representation of the instruments used to measure resistance;

Obr. 3 je schematické zobrazení přístrojů použitých pro testování pevnosti ve střihu.Giant. 3 is a schematic representation of apparatus used for shear strength testing.

Příklady provedení vynálezu:Examples:

Na obr. 1 sestává testovaná část z uhlíkového tělesa 1 a hliníkového tělesa 2 vytlačovaného s tloušťkou 2 mm. Rozměry jsou uvedeny v tabulce 1.In FIG. 1, the test portion consists of a carbon body 1 and an aluminum body 2 extruded with a thickness of 2 mm. The dimensions are given in Table 1.

Tabulka 1 a 35 mm b 20 mm c 25 mm d 21 mmTable 1 a 35 mm b 20 mm c 25 mm d 21 mm

-2CZ 282537 B6-2GB 282537 B6

Uhlíkový povrch 3 a hliníkový povrch 4, určené pro spojení, jsou za účelem zdrsnění čištěny pískováním (44/60 karbidem křemíku). Na uhlíkový povrch 3 a hliníkový povrch 4 je nanesena měď použitím kyslíko/propanové drátové stříkací pistole (Metallisation Co). Tloušťka povlaku je obvykle okolo 100 μιη. Horní limit tloušťky pro tento způsob nanášení kovu je přibližně 300 μηι. Větší tloušťka a vnitřní pnutí mohou zapříčinit odlupování kovu od uhlíku. Navíc větší tloušťka ztěžuje pronikání pryskyřice.The carbon surface 3 and the aluminum surface 4 to be bonded are sanded (44/60 silicon carbide) for roughening. Copper is applied to the carbon surface 3 and aluminum surface 4 using an oxygen / propane wire spray gun (Metallisation Co). The coating thickness is usually about 100 μιη. The upper thickness limit for this metal deposition method is approximately 300 μηι. Greater thickness and internal stress can cause metal to peel off from carbon. In addition, a greater thickness makes the resin difficult to penetrate.

Měděný povlak musí být propustný pro pryskyřici během jejího vytvrzování a tato vlastnost je závislá na poréznosti/propustnosti mědi, tloušťce mědi a viskozitě pryskyřice. Různé pistole pro nanášení plamenem a jiné rozprašovací techniky mědi nebo jiného kovu poskytnou odlišnou propustnost a zbytkové pnutí a tím také odlišnou limitní tloušťku. Přitom druh pryskyřice a podmínky vytvrzování budou řídit viskozitu pryskyřice. Dalším důvodem pro použití tenkého povlaku kovu je samozřejmě cena.The copper coating must be permeable to the resin during curing and this property is dependent on the porosity / permeability of the copper, the copper thickness and the viscosity of the resin. Different flame guns and other sputtering techniques of copper or other metal will provide different permeability and residual stress and hence different limit thickness. The resin type and curing conditions will control the viscosity of the resin. Another reason for using a thin metal coating is of course cost.

Minimální tloušťka povlaku je daná potřebou dosažení dobré elektrické vodivosti. 10 pm je pravděpodobně spodní limit pro malé ploché součásti v dobrém mechanickém kontaktu. Pro větší nebo zakřivené součásti, kde není tak snadné dosáhnout dobrého mechanického kontaktu (například 1 metr dlouhé zakřivené pantografy), jsou výhodné tlustší povlaky 25 - 50 pm nebo více.The minimum coating thickness is given by the need to achieve good electrical conductivity. 10 pm is probably the lower limit for small flat parts in good mechanical contact. For larger or curved parts where good mechanical contact (such as 1 meter long curved pantographs) is not so easy to achieve, thicker coatings of 25 - 50 µm or more are preferred.

Pryskyřice je nanesena na oba opískované povrchy, uhlíkový povrch 3 a hliníkový povrch 4, dobře rozetřena po celých spojovaných plochách. Vhodná pryskyřice je Ciba MY750 s tvrdidlem HT972 smíchaná v poměru MY750 - 100 dílů hmotnostních, HT972 - 30 dílů hmotnostních. Směs je zahřívána, za účelem rozpuštění HT972 (pevná látka) v MY750 (viskózní kapalina) a vytvoření pryskyřice celkově řidší a snadněji použitelné. Hustota použité pryskyřice je základem pro experimentování a testy a závisí na poréznosti použitého uhlíkového tělesa 1, použitého kovového povlaku a na rychlosti vytvrzování pryskyřice. Pokud je pryskyřice příliš řídká v jakékoliv fázi, je nepřiměřené množství pryskyřice vysáto do porézního uhlíkového tělesa 1 a zbývá jí málo pro spoj. Příliš hustá pryskyřice neprostoupl porézní kovové povlaky a nespojí se s uhlíkem nebo hliníkem. Hustá pryskyřice tvrdnoucí za studená může být zlepšena zahříváním, které pryskyřici nejen zředí, ale také zvýší rychlost jejího vytvrzování. Je určitá rovnováha řídnutí/tvrdnutí mezi rychlostí ohřevu a teplotou vytvrzování, jak je zmíněno výše, která může být určena pouze experimentálně případ od případu.The resin is applied to both the sandblasted surfaces, the carbon surface 3 and the aluminum surface 4, well spread over the entire surfaces to be joined. A suitable resin is Ciba MY750 with HT972 hardener mixed in a ratio of MY750 - 100 parts by weight, HT972 - 30 parts by weight. The mixture is heated to dissolve HT972 (solid) in MY750 (viscous liquid) and make the resin generally thinner and easier to use. The density of the resin used is the basis for experimentation and testing and depends on the porosity of the carbon body 1 used, the metal coating used and the cure rate of the resin. If the resin is too thin at any stage, a disproportionate amount of resin is sucked into the porous carbon body 1, leaving little for the joint. Too dense resin does not penetrate porous metal coatings and does not bond with carbon or aluminum. The dense cold-hardening resin can be improved by heating, which not only dilutes the resin but also increases its curing speed. There is a certain thinning / hardening balance between the heating rate and the curing temperature, as mentioned above, which can only be determined experimentally on a case-by-case basis.

Jak je výše poznamenáno, pokud vznikne pryskyřice příliš řídká v jakékoliv fázi, může to vést na nepřiměřené vysátí do porézního uhlíkového tělesa 1 a tudíž je nedostatečné množství pryskyřice přítomno pro vytvoření spoje. Tomu je možno čelit zahuštěním pryskyřice jemnými plnivy, například práškovým oxidem křemičitým, práškovou křídou, práškovou břidlicí, práškovým pískem nebo práškovou slídou.As noted above, if the resin becomes too thin at any stage, this may lead to inadequate suction into the porous carbon body 1 and thus insufficient amount of resin is present to form the bond. This can be counteracted by thickening the resin with fine fillers such as silica powder, chalk powder, slate powder, sand powder or mica powder.

Spojované součásti jsou sevřeny dohromady pružinovou G svorkou přibližně v 10 cm rozestupech. Každá pružina vyvíjí sílu kolem 20 kg (50 lb). Přebytečné lepidlo, které je vytlačeno ven je setřeno. Pryskyřice je vytvrzována vložením do pece při 150 °C na dobu 1,5 hodiny. Spojované součásti jsou ochlazeny před odstraněním svorek.The parts to be joined are clamped together by a spring G clamp at approximately 10 cm intervals. Each spring exerts a force of about 20 kg (50 lb). Excess adhesive that is pushed out is wiped off. The resin is cured by placing in an oven at 150 ° C for 1.5 hours. The parts to be joined are cooled before the clamps are removed.

Jsou vhodné jiné pryskyřice než epoxidová pryskyřice, jako jsou fenolické pryskyřice, polyesterové pryskyřice, melaminy a silikony. Termoplasty jsou méně vhodné kvůli ztrátám vlastností při vysokých teplotách, ale nemohou být zcela vyloučeny.Resins other than epoxy resins are suitable, such as phenolic resins, polyester resins, melamins and silicones. Thermoplastics are less suitable due to the loss of properties at high temperatures but cannot be completely excluded.

Bylo zjištěno, že nejvýhodnější je povléci všechny povrchy pro zajištění maximální spojovací plochy, ale není to nezbytné.It has been found that it is most advantageous to coat all surfaces to ensure maximum bonding area, but this is not necessary.

-3 CZ 282537 B6-3 CZ 282537 B6

Pro dlouhé součásti, například 1 m, může být sevření velmi důležité. Pokud je sevření příliš utažené, může teplotní rozpínání uhlíku a hliníku při zvyšování teploty způsobit rozbití uhlíku. Pokud je sevření příliš volné, je zde nepřiměřeně velký odpor při ochlazení po vytvrzení, protože mezera mezi uhlíkem a hliníkem je příliš široká. Střední tlak, který umožní určitý vzájemný posuv uhlíku a hliníku při zahřívání, ale udrží mezeru dostatečně úzkou pro poskytnutí nízkého odporu, musí být nalezen pokusně.For long parts, such as 1 m, clamping can be very important. If the clamping is too tight, the thermal expansion of carbon and aluminum can cause carbon breakage as the temperature rises. If the grip is too loose, there is a disproportionately high resistance to cooling after curing because the gap between carbon and aluminum is too wide. The mean pressure that will allow some carbon and aluminum relative displacement during heating but keep the gap narrow enough to provide a low resistance must be found by experiment.

Pro výrobu dlouhých součástí ve větším měřítku, může být použit spojovací lis, což umožní vyhnout se tomuto problému se svorkami. Způsob použití takového lisuje následující.For the production of long parts on a larger scale, a splitter can be used to avoid this staple problem. The method of use of such a press is as follows.

Spojované součásti jsou vloženy do lisu po nanesení spojovací pryskyřice ajsou jemně stlačeny dohromady tak, že je umožněn posun uhlíku a hliníku způsobený relativní teplotní roztažností.The parts to be bonded are inserted into the press after application of the bonding resin and are gently compressed together so as to allow carbon and aluminum movement due to relative thermal expansion.

Součásti jsou pak zahřátý na střední teplotu například na 90 °C tak, že se může volně uplatnit většina teplotní roztažností, ale pryskyřice nevytvrzuje ve velkém rozsahu. V lisu je pak vyvinut vyšší tlak pro dosažení užšího kontaktu mezi uhlíkem a hliníkem a pro zabránění dalšího vzájemného posuvu. Nakonec je prudce zvýšena teplota, pro vytvrzení pryskyřice (například na 120 - 130 °C). Takto je zabráněno popraskání uhlíku nadměrnou teplotní roztažností a mohou být vytvořeny spoje s nízkým odporem.The components are then heated to a medium temperature of, for example, 90 ° C so that most thermal expansion can freely apply, but the resin does not cure to a large extent. A higher pressure is then exerted in the press to achieve closer contact between carbon and aluminum and to prevent further relative displacement. Finally, the temperature is sharply raised to cure the resin (e.g., 120-130 ° C). This prevents carbon cracking by excessive thermal expansion and low resistance joints can be formed.

Ačkoliv bylo zjištěno, že pro směs MY750/HT972 popsanou výše poskytuje 150 °C po dobu 1 hodiny nejlepší pevnost, jsou možné jiné cykly vytvrzování pryskyřice. Ačkoliv to není nezbytný krok, při použití jakékoliv pryskyřice by měl být vytvrzovací cyklus takový, aby pryskyřice byla v určitém bodě dostatečně řídká pro pronikání do mědi - může se ovšem stát, že již počáteční pryskyřice je dostatečně řídká.Although it has been found that for the MY750 / HT972 mixture described above, 150 ° C provides the best strength for 1 hour, other resin cure cycles are possible. Although this is not a necessary step, when using any resin, the curing cycle should be such that the resin is thin enough at some point to penetrate the copper - but the initial resin may already be thin enough.

Tabulka 2 poskytuje srovnávací informace několika experimentů s parametry opracování povrchu a pryskyřice, udává elektrický odpor mezi horním povrchem uhlíkového tělesa 1 a hliníkovým tělesem 2 pro 150 mm dlouhou testovanou součást a také zobrazuje pevnost ve střihu 30 mm dlouhé testované součásti. Podrobnosti o měření odporu a pevnosti ve střihu jsou uvedeny níže.Table 2 provides comparative information on several surface and resin treatment experiments, gives the electrical resistance between the top surface of the carbon body 1 and the aluminum body 2 for the 150 mm long test piece, and also shows the shear strength of the 30 mm test piece. Details of resistance and shear strength measurements are given below.

Příklady jiného systému pryskyřice, jiného kovu než mědi a jiných způsobů rozprašování kovů jsou také uvedeny v tabulce 2.Examples of other resin systems, non-copper metal and other metal spraying methods are also shown in Table 2.

-4CZ 282537 B6-4GB 282537 B6

Tabulka č.2.Table 2.

exp . č. exp. C. předzpracování preprocessing pryskyřice resin odpor v mQ mezi horním povrchem uhlíku a hliníku the resistance in mQ between the upper surface of carbon and aluminum pevnost ve střihu délka 30 mm, kg, při teplotě okolí shear strength length 30 mm, kg, at ambient temperature pevnost ve střihu délka 30 mm,kg, při 160 °C shear strength length 30 mm, kg, at 160 ° C hliníku of aluminum uhlíku carbon 51 70 51 70 pískování & postřik Cu 100 pm sandblasting & spraying Cu 100 pm pískování & postřik Cu lOOprn sandblasting & spraying Cu 100prn MY750/HT972 vytvrz. za tepla 150°C/1 h MY750 / HT972 cure at 150 ° C / 1 h 0,75 0,74 0.75 0.74 1635 1792 1635 1792 522 240,5 522 240.5 80 80 pouze pískování only sandblasting II II II II 0,87 0.87 540 540 118 118 79 79 pískování & postřik Cu 100 pm sandblasting & spraying Cu 100 pm Cu plech 100 pm, na základ Cu plech 100 pm, based II II po vytvrzení nebyl spojen Cu plech a uhlík after curing, Cu sheet and carbon were not joined - - 26 26 pouze pískování only sandblasting pouze pískování only sandblasting Ell*, vytvrz. za studená Ell *, cure. Cold 41,7 41.7 - - - - 28 28 pískování & postřik Cu 100 pm sandblasting & spraying Cu 100 pm 11 11 11 11 2,7 2.7 - - - - 24 24 pouze pískování only sandblasting pískování & postřik Sandblasting & Spraying II II 0,97 0.97 - - - - 37 37 pískování & postřik Cu lOOprn sandblasting & spraying Cu 100prn 1 » E37*, vytvrz. za studená (řidší než Ell) E37 *, cure. Cold (thinner than Ell) 0,82 0.82 973 973 98 98 83 83 pískování & postřik Cu lOOprn sandblasting & spraying Cu 100prn II II LY5210/HY2954, vytvrz. za tepla, 120 °C/1 h LY5210 / HY2954, cured. hot, 120 ° C / 1 h 0,83 0.83 481 481 154 154 116 116 II II LY5210+6% DT075/HY2954 vytvrz. za tepla, 150°C/l h LY5210 + 6% DT075 / HY2954 cure at 150 ° C / l h 0,70 0.70 1633 1633 733 733 56 56 pískování & postřik Zn 100 pm sandblasting & spraying Zn 100 pm pískování & postřik Zn 100 pm sandblasting & spraying Zn 100 pm MY750/HT972 vytvrz. za tepla, 150°C/1h MY750 / HT972 cure hot, 150 ° C / 1h 0,73 0.73 1021 1021 340 340 81 81 pískování & postřik Cu lOOprn obloukovou pistolí sandblasting & spraying Cu 100prn arc gun pískování & postřik Cu 100 pm obloukovou pistolí sandblasting & spraying Cu 100 pm arc gun 11 11 0,77 0.77 1383,5 1383.5 190,5 190.5

El 1 a E37 jsou odlišná dvousložková epoxidová lepidla (fy Permabond of Eastleigh, Hampshire, England), která mohou vytvrzovat při teplotě místnosti ajsou poněkud hustší. Experimenty 26, 28, 24, 37 a 80 ukazují vhodnost postřiku mědí na obou površích ve vztahu k odporu. Dosažený odpor mezi horním povrchem uhlíku a hliníkem je 1 W nebo menší a zahrnuje odpor uhlíku. To odpovídá vodivosti spoje mezi horním povrchem uhlíku a kovem 190 W^.m'2 nebo větší, io Výhodné zpracování je v experimentech 51, 70, 116, 56 a 81, které, jak může být vysledováno, poskytují velmi nízký odpor a velkou pevnost ve střihu. Stojí za povšimnutí, že pevnost ve střihu při teplotě okolí se může výrazně lišit od pevnosti ve střihu při zvýšené teplotě, například přiE11 and E37 are different two-component epoxy adhesives (Permabond of Eastleigh, Hampshire, England) that can cure at room temperature and are somewhat denser. Experiments 26, 28, 24, 37 and 80 show the suitability of copper spraying on both surfaces in relation to resistance. The resistance obtained between the upper surface of the carbon and the aluminum is 1 W or less and includes a carbon resistance. This corresponds to a conductivity of the bond between the upper surface of the carbon and the metal of 190 Wm @ 2 or greater. in cut. Note that the shear strength at ambient temperature may differ significantly from the shear strength at elevated temperature, e.g.

-5 CZ 282537 B6-5 CZ 282537 B6

160 °C. Takové teploty jsou, při použití proudových sběračů, obvykle dosahovány.160 ° C. Such temperatures are usually reached when using current collectors.

Experiment 79 ukazuje, že plátování mědí, které vytváří dokonale neporézní kovovou vrstvu, neposkytuje výhodné vlastnosti postřiku mědí, který vytváří porézní kovovou vrstvu.Experiment 79 shows that copper cladding, which forms a perfectly non-porous metal layer, does not provide the advantageous properties of copper spray that forms a porous metal layer.

Experiment 83 s pryskyřicovým systémem zahrnuje Ciba pryskyřici LY5210 a tvrdidlo HY2954 smíchané v poměru 100 : 53 dílům hmotnostním. Pevnost ve střihu byla nízká, protože pryskyřicová směs byla velmi řídká a nasákla do uhlíku. Tato nevýhoda byla překonána v experimentu 116 s pryskyřicovým systémem, který použil stejnou pryskyřicovou směs pozměněnou přidáním 6 dílů práškového oxidu křemičitého (Ciba DT075) do 100 dílů pryskyřicového základu.The resin system experiment 83 includes Ciba resin LY5210 and HY2954 hardener mixed in a ratio of 100: 53 parts by weight. The shear strength was low because the resin mixture was very thin and soaked in carbon. This disadvantage was overcome in experiment 116 with a resin system that used the same resin mixture altered by adding 6 parts of silica powder (Ciba DT075) to 100 parts of resin base.

V experimentu 56, byl místo mědi plamenem nanášen zinek, ale pryskyřice a ostatní faktory byly shodné s experimenty 51 a 70.In Experiment 56, zinc was deposited in flame instead of copper, but resins and other factors were identical to Experiments 51 and 70.

V experimentu 81, byla měď nanášena obloukovou pistolí místo plamenovou pistolí, ale pryskyřice a ostatní faktory byly shodné s experimenty 51 a 70.In experiment 81, copper was deposited with an arc gun instead of a flame gun, but the resin and other factors were identical to experiments 51 and 70.

Měření odporu je popsáno níže s odkazy na obr. 2, na kterém je testovaná součást držena za hliníkové těleso 2 ve svěráku 5, který je spojen se záporným výstupem stejnosměrného napájení. Kladný výstup stejnosměrného napájení je připojen na odporovou sondu sestávající z měděného válce se třemi kontaktními body na spodku. Rozdíl potenciálu mezi povrchem uhlíku a vodivým hliníkem je měřen použitím izolovaného pružinou přitlačovaného hrotu ve středu měděného válce, kde hrot je spojen s voltmetrem 6 druhým vstupem přímo spojeným s hliníkovým tělesemThe resistance measurement is described below with reference to Fig. 2, in which the test component is held by an aluminum body 2 in a vice 5, which is connected to a negative DC power output. The positive DC power output is connected to a resistance probe consisting of a copper cylinder with three contact points at the bottom. The potential difference between the carbon surface and the conductive aluminum is measured using an insulated spring-pressed tip in the center of the copper cylinder, where the tip is connected to the voltmeter 6 by a second inlet directly connected to the aluminum body

2. Zdrojem je stejnosměrná proudová jednotka se stálým proudem nastaveným na 5 A, který je přesně měřen použitím proudového bočníku zapojeného do série s odporovým upínacím zařízením.2. The power supply is a constant current DC unit set at 5 A, which is accurately measured using a current shunt connected in series with a resistive clamping device.

Při práci je ručně držená odporová sonda přiložena na povrch uhlíku v místě měření a stlačena, aby byl překonán tlak pružiny snímacího hrotu. Proud je nastaven na 5,0 A +/- 0,1. Měření mV na voltmetru 6 je zaznamenáváno v určitých bodech na vzorku a odpor je vypočítáván podle Ohmová zákona.In operation, the hand-held resistance probe is applied to the carbon surface at the measurement point and compressed to overcome the spring pressure of the stylus. The current is set to 5.0 A +/- 0.1. The mV measurement on the voltmeter 6 is recorded at certain points on the sample and the resistance is calculated according to Ohm's law.

Měření pevnosti ve střihu je popsáno níže s odkazy na obr. 3.The shear strength measurement is described below with reference to Fig. 3.

Je uříznut 30 mm dlouhý úsek z pantografového pásu 7. Do vzorku je vyvrtán otvor 8 s průměrem 2 mm, hloubkou 15 mm ave vzdálenosti 3 mm od styku uhlíku a hliníku. Do otvoru 8 je vložen termočlánek a vzorek je pomocí čepu 5 upevněn k zařízení pro zkoušku střihem. Podél délky pantografového vzorkuje vyvíjena střihová síla.A 30 mm long section is cut from the pantograph strip 7. A hole 8 with a diameter of 2 mm, a depth of 15 mm and at a distance of 3 mm from the carbon-aluminum contact is drilled into the sample. A thermocouple is inserted into the opening 8 and the sample is secured to the shear test device by means of a pin 5. The shear force is exerted along the length of the pantograph.

Zařízení pro zkoušku střihem sestává z vyhřívané tlačné desky na jejíž horní ploše je držák 1, který se může posouvat pod kladivem 12 aje zajišťován v určené pozici použitím ocelového hrotu 13. Pozice kladiva 12 vzhledem ke vzorku je kritická a ocelový hrot 13 zajišťuje stálé umístění testovaného vzorku, aby umožnil kladivu 12 vyvíjet sílu na uhlík v blízkosti styku s hliníkem. Celé testovací zařízení je umístěno na Dennison Universal Force měřicí přístroj, upevněné a seřízené prostřednictvím vodícího kolíku 14 umístěného na spodku zařízení pro střihový test.The shear test apparatus consists of a heated pusher plate on the upper surface of which is a holder 1 which can slide under the hammer 12 and be locked in position by using a steel tip 13. The hammer position 12 relative to the specimen is critical and the steel tip 13 ensures stable placement sample to allow the hammer 12 to exert a force on the carbon near the contact with the aluminum. The entire test device is mounted on a Dennison Universal Force measuring instrument mounted and adjusted by means of a guide pin 14 located at the bottom of the shear test device.

Je zapnut záznamník a ovladač teploty a na ovladači teploty je nastavena požadovaná testovací teplota. Vzrůst teploty je monitorován a řízen, aby bylo zajištěno, že nedojde k překročení teploty. Když je dosaženo požadované teploty, je spuštěn Dennison lis a na kladivo 12 je vyvíjena síla. Rychlost pohybu lisuje 3,18 mm/min. Sílaje zvyšována do okamžiku odstřižení uhlíku od hliníku a tato maximální vyvinutá sílaje měřena a zaznamenána.The logger and temperature controller are turned on and the desired test temperature is set on the temperature controller. Temperature rise is monitored and controlled to ensure that the temperature is not exceeded. When the desired temperature is reached, the Dennison press is lowered and a force is applied to the hammer 12. Movement speed is 3.18 mm / min. The force is increased until the carbon is cut off from the aluminum and this maximum developed force is measured and recorded.

-6CZ 282537 B6-6GB 282537 B6

Předcházející popis se týká elektrických proudových sběračů, je ale zřejmé, že uspořádání by mohlo být upraveno tak, že by mohlo být použito pro kartáče v motorech, dynamech a alternátorech.The foregoing description relates to electric current collectors, but it is clear that the arrangement could be adapted to be used for brushes in motors, dynamos and alternators.

Claims (4)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Způsob výroby elektricky vodivého spoje mezi uhlíkovým tělesem majícím uhlíkový stykový povrch a kovovým tělesem majícím kovový stykový povrch, vyznačující se tím, že sestává z kroků ve kterých se vytvoří porézní kovový povlak alespoň na uhlíkovém stykovém povrchu a spojí se stykové povrchy lepidlem, pronikajícím póry kovového povlaku a pronikajícím póry uhlíkového stykového povrchu.A method for producing an electrically conductive joint between a carbon body having a carbon contact surface and a metal body having a metal contact surface, comprising the steps of forming a porous metal coating on at least a carbon interface surface and bonding the interface surfaces with an adhesive penetrating the adhesive pores of the metal coating and penetrating pores of the carbon contact surface. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kovový stykový povrch se opatří porézním kovovým povlakem.Method according to claim 1, characterized in that the metal contact surface is provided with a porous metal coating. 3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kovový a uhlíkový stykový povrch se čistí pískováním před nanesením porézního kovového povlaku nebo povlaků.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the metal and carbon contact surfaces are sandblasted before the porous metal coating or coatings are applied. 4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků laž3, vyznačující se tím, že se použije lepidla tuhnoucího za tepla a uhlíkové těleso a kovové těleso se během vytvrzování lepidla stlačují dohromady lisovacím ústrojím, které umožňuje klouzání podél spoje při tepelném rozpínání mezi uhlíkem a kovem.Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that hot-curing adhesives are used and the carbon body and the metal body are pressed together during curing of the adhesive by a pressing device which allows sliding along the joint during thermal expansion between carbon and metal.
CZ94441A 1991-09-04 1992-08-20 Process for producing electrically conducting connection CZ282537B6 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB919118968A GB9118968D0 (en) 1991-09-04 1991-09-04 Electrically conductive bonding of carbon to metal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ44194A3 CZ44194A3 (en) 1995-02-15
CZ282537B6 true CZ282537B6 (en) 1997-08-13

Family

ID=10700928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ94441A CZ282537B6 (en) 1991-09-04 1992-08-20 Process for producing electrically conducting connection

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP0694217B1 (en)
AT (1) ATE159380T1 (en)
CZ (1) CZ282537B6 (en)
DE (1) DE69222784T2 (en)
FI (1) FI940966A (en)
GB (1) GB9118968D0 (en)
HU (1) HU216041B (en)
SK (1) SK26194A3 (en)
WO (1) WO1993005545A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009056308A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Metallically contacted substrate and process for its preparation
RU2494835C1 (en) * 2012-07-09 2013-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) Method of trolleybus carbon contact strip extrusion
RU2508177C1 (en) * 2013-02-25 2014-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) Method for obtaining contact inserts of trolley buses
CN110901400A (en) * 2018-09-18 2020-03-24 比亚迪股份有限公司 Collector shoe carbon sliding plate, preparation method thereof and electric vehicle

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1259454A (en) * 1968-05-23 1972-01-05
DE3608010A1 (en) * 1986-03-11 1987-09-17 Philips Patentverwaltung METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE ADHESIVE CONNECTION
GB2202999A (en) * 1987-03-25 1988-10-05 Pa Consulting Services Electrical contacts adhered together
DE3821254A1 (en) * 1988-06-23 1990-01-04 Hoffmann Elektrokohle GRINDING PIECE FOR CURRENT COLLECTORS AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION

Also Published As

Publication number Publication date
DE69222784T2 (en) 1998-04-09
CZ44194A3 (en) 1995-02-15
HUT70618A (en) 1995-10-30
FI940966A0 (en) 1994-03-01
EP0694217A1 (en) 1996-01-31
GB9118968D0 (en) 1991-10-23
FI940966A (en) 1994-03-01
SK26194A3 (en) 1994-08-10
HU9400642D0 (en) 1994-06-28
HU216041B (en) 1999-04-28
EP0694217B1 (en) 1997-10-15
ATE159380T1 (en) 1997-11-15
DE69222784D1 (en) 1997-11-20
WO1993005545A1 (en) 1993-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5045249A (en) Electrical interconnection by a composite medium
EP3048640B1 (en) Method for producing an electronic part mounting substrate
US12025551B2 (en) Method and equipment for determining conditions of stiction between a braking element and an element to be braked
CZ282537B6 (en) Process for producing electrically conducting connection
Xu et al. Determining the impact resistance of electrically conductive adhesives using a falling wedge test
Kato et al. High-temperature-resistant interconnections formed by using nickel micro-plating and Ni nano-particles for power devices
US2569714A (en) Strain gauge
Nayeb-Hashemi et al. New electrical potential method for measuring crack growth in nonconductive materials
CN112098324A (en) Method for testing peel strength of electronic adhesive and adhered PC (polycarbonate) substrate sample
CN214750672U (en) Semiconductor power device test warm table
CN110887784A (en) Detection device and detection method for bonding strength of coating on inner wall of engine cylinder hole
Kuhn et al. Test methods and influencing factors for the adhesion strength measurement of metallized structures on thermoplastic substrates
CN112595666A (en) Method for detecting tensile bonding strength of metal covering layer on metal substrate
Gomatam et al. Fatigue and failure behavior of silver-filled electronically-conductive adhesive joints subjected to elevated temperatures
JPH05230424A (en) Method for jointing
Moriya On use of Joule effects for Curing/Joining/Patching of CFRP composites
Weber et al. Microstructural and mechanical analyses of Ag sintered joints
Sancaktar et al. Correlation of silver migration to the pull out strength of silver wire embedded in an adhesive matrix
CN109752229B (en) FRP plate-matrix bonding test piece manufacturing device and manufacturing method
CN215280351U (en) Titanium target production welding device capable of correcting flatness
Xiao A diffusion-viscous analysis and experimental verification of the drying behavior in nanosilver-enabled low-temperature joining technique
Shields et al. Using a tensile bond test to evaluate adhesive systems
Dobrzański Bonding of high temperature thermoplastic carbon composites with resistance welding technique
Zhao et al. The Application of a Type of Electric Pastern in the Bonding Technique of the Microcircuit Board
JPH0649416A (en) Method for bonding

Legal Events

Date Code Title Description
IF00 In force as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20040820